JP2001124882A - 高強度ジルコニウム合金 - Google Patents
高強度ジルコニウム合金Info
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- JP2001124882A JP2001124882A JP30212299A JP30212299A JP2001124882A JP 2001124882 A JP2001124882 A JP 2001124882A JP 30212299 A JP30212299 A JP 30212299A JP 30212299 A JP30212299 A JP 30212299A JP 2001124882 A JP2001124882 A JP 2001124882A
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- zirconium
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
(57)【要約】
【課題】加工性が良好で、中性子経済の改善と、被ばく
量低減に効果があり、かつ、従来のニッケル合金と同等
の特性を有して該ニッケル合金に代わり得る高強度ジル
コニウム合金を提供する。 【解決手段】ジルコニウム合金としてジルコニウム（Ｚ
ｒ）を母材とし、１０〜２０重量％のニオブ（Ｎｂ）、
０．５〜２．５重量％のアルミニウム（Ａｌ）、１．０
〜３．０重量％のスズ（Ｓｎ）を添加する。
量低減に効果があり、かつ、従来のニッケル合金と同等
の特性を有して該ニッケル合金に代わり得る高強度ジル
コニウム合金を提供する。 【解決手段】ジルコニウム合金としてジルコニウム（Ｚ
ｒ）を母材とし、１０〜２０重量％のニオブ（Ｎｂ）、
０．５〜２．５重量％のアルミニウム（Ａｌ）、１．０
〜３．０重量％のスズ（Ｓｎ）を添加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軽水炉燃料集合体の
支持格子やスペーサを構成するジルコニウム合金、特に
高強度ジルコニウム合金に関するものである。
支持格子やスペーサを構成するジルコニウム合金、特に
高強度ジルコニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＰＷＲ燃料集合体において、支持
格子にはニッケル合金が使用されていたが、中性子経済
の観点より次第にジルカロイ−４に変更されつつある。
しかし、最上部、最下部については強度が必要なことか
らニッケル合金が依然、そのまま使用されている。
格子にはニッケル合金が使用されていたが、中性子経済
の観点より次第にジルカロイ−４に変更されつつある。
しかし、最上部、最下部については強度が必要なことか
らニッケル合金が依然、そのまま使用されている。
【０００３】一方、ＢＷＲ燃料集合体ではスペーサは基
本的にジルカロイ−２であるが、燃料棒を支持するバネ
部分には強度が必要なことからニッケル合金が使用され
ている。
本的にジルカロイ−２であるが、燃料棒を支持するバネ
部分には強度が必要なことからニッケル合金が使用され
ている。
【０００４】
【発明が解決使用とする課題】以上のようにＰＷＲ燃料
集合体や、ＢＷＲ燃料集合体に使用されている従来のジ
ルコニウム合金は、何れも強度を必要とするものにはニ
ッケル合金が使用されているように全体的に強度が不足
しており、より高強度のジルコニウム合金の出現に期待
がもたれていると共に、一方、ニッケル合金を使用した
場合には中性子経済が悪くなることに加え、ニッケルが
炉水中に流出してコバルトとなり、炉内では放射化して
原子炉定期検査時の被ばく源となる問題を有している。
集合体や、ＢＷＲ燃料集合体に使用されている従来のジ
ルコニウム合金は、何れも強度を必要とするものにはニ
ッケル合金が使用されているように全体的に強度が不足
しており、より高強度のジルコニウム合金の出現に期待
がもたれていると共に、一方、ニッケル合金を使用した
場合には中性子経済が悪くなることに加え、ニッケルが
炉水中に流出してコバルトとなり、炉内では放射化して
原子炉定期検査時の被ばく源となる問題を有している。
【０００５】そこで、本発明は上述の実状に鑑み、その
改良を目指し、特にジルコニウム合金の添加元素を見出
すことにより、加工性が良好で、中性子経済の改善と、
被ばく量低減に効果があり、従来のニッケル合金と同等
の特性を有して該ニッケル合金に代わり得る高強度ジル
コニウム合金を提供することを目的とするものである。
改良を目指し、特にジルコニウム合金の添加元素を見出
すことにより、加工性が良好で、中性子経済の改善と、
被ばく量低減に効果があり、従来のニッケル合金と同等
の特性を有して該ニッケル合金に代わり得る高強度ジル
コニウム合金を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成
し、これに適合する本発明の特徴は、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）を母材として１０〜２０重量％のニオブ（Ｎｂ）、
０．５〜２．５重量％のアルミニウム（Ａｌ）、１．０
〜３．０重量％のスズ（Ｓｎ）を添加したことにある。
し、これに適合する本発明の特徴は、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）を母材として１０〜２０重量％のニオブ（Ｎｂ）、
０．５〜２．５重量％のアルミニウム（Ａｌ）、１．０
〜３．０重量％のスズ（Ｓｎ）を添加したことにある。
【０００７】
【作用】上記本発明においてジルコニウム母材に添加す
る各元素は、 ニオブ（Ｎｂ）はジルコニウムのβ相を室温でも安
定化させ、加工性を向上させる。また、β相を強化す
る。 アルミ（Ａｌ）はβ相に析出するα相を強化し、脆
いω相の生成を防止する。 スズ（Ｓｎ）はＡｌと同じくβ相に析出するα相を
強化し、脆いω相の生成を防止する。ただし、その効果
はＡｌよりも少ない。
る各元素は、 ニオブ（Ｎｂ）はジルコニウムのβ相を室温でも安
定化させ、加工性を向上させる。また、β相を強化す
る。 アルミ（Ａｌ）はβ相に析出するα相を強化し、脆
いω相の生成を防止する。 スズ（Ｓｎ）はＡｌと同じくβ相に析出するα相を
強化し、脆いω相の生成を防止する。ただし、その効果
はＡｌよりも少ない。
【０００８】かくして以上の成分系によりβ変態点以上
の温度に加熱後、急冷する溶体化処理を実施すればβ単
相とすることができ、支持格子などの素材である薄板へ
の冷間加工が容易となる。また、支持格子などの部材形
状への加工も容易となる。そして、所定寸法に形状加工
した後、α相を析出させる時効処理を実施すればβ相中
にα相が析出し、高強度を得る。
の温度に加熱後、急冷する溶体化処理を実施すればβ単
相とすることができ、支持格子などの素材である薄板へ
の冷間加工が容易となる。また、支持格子などの部材形
状への加工も容易となる。そして、所定寸法に形状加工
した後、α相を析出させる時効処理を実施すればβ相中
にα相が析出し、高強度を得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、更に本発明の具体的態様を
詳述する。
詳述する。
【００１０】本発明は前記のようにジルコニウムを母材
としてＮｂ、Ａｌ、Ｓｎを夫々所定量添加して高強度ジ
ルコニウム合金を提供するものである。
としてＮｂ、Ａｌ、Ｓｎを夫々所定量添加して高強度ジ
ルコニウム合金を提供するものである。
【００１１】ここで各元素の添加はＮｂはジルコニウム
のβ相を室温でも安定化させ、加工性を向上させるもの
であるが、１０重量％未満ではβ相の安定化が不充分
で、加工性に問題が残り、又、２０重量％を超えれば耐
食性が悪化するのでＮｂ量に対し１０重量％以上、２０
重量％以下とするのが効果的である。
のβ相を室温でも安定化させ、加工性を向上させるもの
であるが、１０重量％未満ではβ相の安定化が不充分
で、加工性に問題が残り、又、２０重量％を超えれば耐
食性が悪化するのでＮｂ量に対し１０重量％以上、２０
重量％以下とするのが効果的である。
【００１２】また、Ａｌはβ相中に析出するα相を強化
するものであるが、０．５重量％未満では強化が不充分
であり、一方、２．５重量％超では加工性と耐食性が悪
化するので０．５〜２．５重量％の範囲で添加するのが
好適である。
するものであるが、０．５重量％未満では強化が不充分
であり、一方、２．５重量％超では加工性と耐食性が悪
化するので０．５〜２．５重量％の範囲で添加するのが
好適である。
【００１３】更にＳｎは上記Ａｌと同様にβ相中に析出
するα相の強化を主とするが、その効果はＡｌより少な
く、１．０重量％未満では強化が不充分であり、３．０
重量％超では耐食性に難があるので１．０〜３．０重量
％の範囲で添加するのが好適である。従って本発明は全
体としてジルコニウム母材に対しＮｂ、Ａｌ、Ｓｎを夫
々１０〜２０重量％、０．５〜２．５重量％、１．０〜
３．０重量％の割合で添加せしめた所要の高強度ジルコ
ニウム合金からなる。
するα相の強化を主とするが、その効果はＡｌより少な
く、１．０重量％未満では強化が不充分であり、３．０
重量％超では耐食性に難があるので１．０〜３．０重量
％の範囲で添加するのが好適である。従って本発明は全
体としてジルコニウム母材に対しＮｂ、Ａｌ、Ｓｎを夫
々１０〜２０重量％、０．５〜２．５重量％、１．０〜
３．０重量％の割合で添加せしめた所要の高強度ジルコ
ニウム合金からなる。
【００１４】かくして、上記本発明高強度ジルコニウム
合金は、上述の各成分系によりβ変態点以上の温度に加
熱後、急冷する溶体化処理を実施すればβ単相とするこ
とができ、支持格子などの素材である薄板への冷間加工
や、支持格子などの部材形状への加工が容易となる。そ
して、このように所定寸法、形状に加工した後、α相を
析出させる時効処理を実施すれば、β相中にα相が析出
し、高強度が得られる。以下、更に実施例を示す。
合金は、上述の各成分系によりβ変態点以上の温度に加
熱後、急冷する溶体化処理を実施すればβ単相とするこ
とができ、支持格子などの素材である薄板への冷間加工
や、支持格子などの部材形状への加工が容易となる。そ
して、このように所定寸法、形状に加工した後、α相を
析出させる時効処理を実施すれば、β相中にα相が析出
し、高強度が得られる。以下、更に実施例を示す。
【００１５】
【実施例】本発明の主成分を下記表１に示す割合に従っ
て種々変化させたジルコニウム合金を、夫々通常の同じ
工程に従って溶解、熱間加工、溶体化処理、冷間加工、
溶体化処理により厚さ１ｍｍの薄板に製造した後、時効
処理を施した。なお、溶体化処理は１０００℃で １時
間処理し、時効処理は５００℃で５時間処理した。これ
らの結果をふまえ、このときの材料特性を従来のニッケ
ル合金と比較評価し、その結果を表１に併記した。表
中、○はニッケル合金と同等以上、×はニッケル合金よ
り劣ることを示す。
て種々変化させたジルコニウム合金を、夫々通常の同じ
工程に従って溶解、熱間加工、溶体化処理、冷間加工、
溶体化処理により厚さ１ｍｍの薄板に製造した後、時効
処理を施した。なお、溶体化処理は１０００℃で １時
間処理し、時効処理は５００℃で５時間処理した。これ
らの結果をふまえ、このときの材料特性を従来のニッケ
ル合金と比較評価し、その結果を表１に併記した。表
中、○はニッケル合金と同等以上、×はニッケル合金よ
り劣ることを示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】上記表より本発明に係る合金は、冷間加工
性、強度、耐食性ともにすぐれており、充分、従来のニ
ッケル合金と同等又はそれ以上の特性が得られることが
分かる。
性、強度、耐食性ともにすぐれており、充分、従来のニ
ッケル合金と同等又はそれ以上の特性が得られることが
分かる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は以上のようにジルコニウムを母
材として、ニオブを１０〜２０重量％、アルミニウムを
０．５〜２．５重量％、スズを１．０〜３．０重量％添
加せしめることによりニッケル合金に比し同等又はそれ
以上の特性を有する高強度のジルコニウム合金を得るこ
とが出来るものであり、燃料集合体の支持格子やスペー
サの構成部材として従来のニッケル合金に代わる合金材
として採用する事を可能ならしめると共に、ニッケル合
金の如く炉水中で流出してコバルトとなる懸念もなく、
中性子経済の改善、被ばく量低減にも効果を有して燃料
集合体の構成材として極めて顕著な効果を有している。
材として、ニオブを１０〜２０重量％、アルミニウムを
０．５〜２．５重量％、スズを１．０〜３．０重量％添
加せしめることによりニッケル合金に比し同等又はそれ
以上の特性を有する高強度のジルコニウム合金を得るこ
とが出来るものであり、燃料集合体の支持格子やスペー
サの構成部材として従来のニッケル合金に代わる合金材
として採用する事を可能ならしめると共に、ニッケル合
金の如く炉水中で流出してコバルトとなる懸念もなく、
中性子経済の改善、被ばく量低減にも効果を有して燃料
集合体の構成材として極めて顕著な効果を有している。
Claims (1)
- 【請求項１】ジルコニウムを母材として１０〜２０重量
％のニオブ、０．５〜２．５重量％のアルミニウム、
１．０〜３．０重量％のスズを添加してなることを特徴
とする高強度ジルコニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30212299A JP2001124882A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 高強度ジルコニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30212299A JP2001124882A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 高強度ジルコニウム合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124882A true JP2001124882A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17905201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30212299A Withdrawn JP2001124882A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 高強度ジルコニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001124882A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103194649A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-07-10 | 广西大学 | 一种高强度Zr-Al-Sn系列合金及其制备方法 |
| WO2014034574A1 (ja) * | 2012-08-28 | 2014-03-06 | 国立大学法人東京医科歯科大学 | ジルコニウム合金、骨固定具、及びジルコニウム合金の製造方法 |
| CN110804707A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-18 | 燕山大学 | 一种高强度高塑性锆合金及其制备方法和应用 |
-
1999
- 1999-10-25 JP JP30212299A patent/JP2001124882A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014034574A1 (ja) * | 2012-08-28 | 2014-03-06 | 国立大学法人東京医科歯科大学 | ジルコニウム合金、骨固定具、及びジルコニウム合金の製造方法 |
| CN103194649A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-07-10 | 广西大学 | 一种高强度Zr-Al-Sn系列合金及其制备方法 |
| CN103194649B (zh) * | 2013-04-10 | 2015-11-18 | 广西大学 | 一种高强度Zr-Al-Sn系列合金及其制备方法 |
| CN110804707A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-18 | 燕山大学 | 一种高强度高塑性锆合金及其制备方法和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070109 |